4月29日,中国空间站核心舱发射成功。你可知道,空间站的无容器材料实验柜(无容器,即不用容器来制备材料的一种技术)、高温隔热屏、耐辐照舷窗玻璃等,是由中国科学院上海硅酸盐研究所研制和生产的。

中国空间站天和核心舱发射任务成功 设计指标达世界先进水平

更重、更大、更硬核


如果说长征五号运载火箭是个“胖子”,那么长征五号B运载火箭就是“矮胖子”。重,是“胖子兄弟”的共同特征。


作为专门为载人航天工程空间站建设研制的新型运载火箭,长征五号B全箭总长约53.7米,比长征五号矮了约3米、轻了约20吨,但力气更大,一次能送超过22吨的载荷,是目前中国近地轨道运载能力最大的火箭。


2020年5月5日,长征五号B火箭首飞成功,使我国重型运载火箭的技术水平跻身世界第一梯队。


这个“矮胖子”有一个巨硕的整流罩,人送雅号“大脑袋”,长达20.5米,直径5.2米,躺下有一节动车车厢那么长,竖起来有6层楼那么高,差不多占了全箭长度的五分之二,是迄今为止我国最大的火箭整流罩。


这样的设计,是为天和核心舱“量身定制”的。作为中国目前最大的航天器,天和核心舱长16.6米,最大直径4.2米,起飞质量22.5吨。装进火箭整流罩里,像坐进了飞机的头等舱一样舒适。


为了将又重又大的天和核心舱送入预定轨道,长征五号B火箭捆绑了4个火箭推进器,采用大直径箭体结构研制、大推力液氧液氢发动机技术、大推力液氧煤油发动机技术、大推力直接入轨技术、大型活动发射平台技术等一系列的核心“大”技术。每一个“大”字背后,都有硬核的技术支撑。


体积越大就意味着整流罩在分离时的弹性变形越大,所需要的分离能源越大。6层楼高的整流罩采用流线型的冯·卡门曲线外形,可以更好地减小空气阻力,减轻载荷影响,分离也更安全可靠。


天和核心舱入轨时,相当于一辆高速行驶的火车突然刹车,还要稳稳停靠在指定位置。研制团队从入轨姿态控制、入轨精度控制、分离安全控制三个方面开展大推力直接入轨关键技术攻关,满足了对姿态控制和制导精度控制的指标。


此外,“零窗口”发射技术的成功应用,为分秒必争的交会对接任务争取出宝贵的±1分钟,助力空间站舱段在太空中实现顺利“牵手”。可靠性更高的解锁技术和一系列的减振降噪技术,把舱箭分离时巨大的分离冲击降到最小,使得天和核心舱“到站”以后,可以轻松优雅地从整流罩里“下车”,减少长途颠簸造成元器件损坏。


作为目前世界在役火箭中唯一一级半直接入轨的火箭,长征五号B火箭所有发动机的点火都在地面完成,无须进行级间分离、高空发动机启动等动作,降低了故障发生的概率。


一系列关键技术的突破和应用,使火箭和核心舱不仅降低研制成本,也提升了可靠性和任务适应性,正如长征五号B运载火箭总体副主任设计师李平岐所说:“这是基因自带的高可靠性。”

中国空间站天和核心舱发射任务成功 设计指标达世界先进水平

问天、问月、问星河


如果说敦煌壁画上的飞天、神话故事中的嫦娥,仅是一个民族的梦想,那么,今天的载人航天、北斗系统、探月工程、火星探测,则是中国人的圆梦之旅。


21世纪的今天,中国人不仅实现了北斗导航定位系统的全球组网、火星探测器成功实施火星捕获,还成功从月球上带回了“土特产”。


在载人航天领域,从无人到载人,从一人一天到多人多天,从舱内实验到太空行走,从单船飞行到组合体稳定运行,中国航天人走得艰难而稳健。


自1999年发射神舟一号以来,载人航天工程已先后组织实施17次重大飞行任务,完整掌握了天地往返、出舱活动、交会对接载人航天三大基础性技术,取得了举世瞩目的成绩。


如果说当年发射东方红一号,是中国航天与太空的初恋,今天的天和核心舱入轨,则是中国航天在太空安家。


前者稚嫩而终生难忘,后者理性而思虑周全。


中国空间站以天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱三舱为基本构型。核心舱,顾名思义,是空间站最核心、最重要的组件。


天和核心舱分为大柱段、小柱段、资源舱、节点舱和后端通道,设置了3个对接口和2个停泊口,内部空间有50立方米,可以满足3名宇航员在轨长期驻留和开展科学实验。


天和核心舱入轨后,还将有问天、梦天两个实验舱择机发射升空,与天和实现对接。空间站组建完成后,体量将达到100吨,天和的两个泊位,可以靠泊货运飞船和载人飞船。


在成功发射空间站核心舱后,长征五号系列火箭已经成功完成了5次重量级发射任务,实现了在16个月间的“五连胜”,包括火星探测器和月球探测器。萌萌的“胖五”已成为新一代运载火箭中首个进入高密度发射的型号。


特别是在2020年,面对新冠肺炎疫情挑战,中国航天人把“向天图强再立新功、航天报国再创奇迹”当成信仰,一共进行了39次地面发射任务和1次月面发射。


这些辉煌的背后,是无数中国航天人的汗水和心血,他们勇开“顶风船”,敢啃“硬骨头”,有的一年出差天数达到了250多天,有的常年驻守在孤岛、高山上的测控站,搞了一辈子航天,也未曾目睹一次火箭的腾飞。


新质、新局、新长征


天和核心舱发射成功后,航天科技集团一院总体设计部设计师黄虹就要正式退休了。看着长征五号系列火箭从方案阶段到渐渐成型的她,其实早已达到退休年龄。


1992年,党中央作出实施载人航天工程“三步走”发展战略。建造空间站、建成国家太空实验室,是实现“三步走”战略的重要目标。如今,天和核心舱发射成功,标志着我国空间站建造进入全面实施阶段,为后续任务展开奠定了坚实基础。


从1992年到2021年,29年是一代人的青春,也是漫漫征程中的一瞬。黄虹就是一代航天人的代表。


“特别能吃苦、特别能战斗、特别能攻关、特别能奉献”,29年来,一代代航天人就是靠这样的精神,团结协作,刻苦攻关,接力传承,形成了一支勇攀科学高峰的新质力量,创造了一个接一个的新奇迹。载人航天精神,也成为中国人极为宝贵的精神财富。


“80后”柏林厚已经走上了中国空间站系统副总设计师的岗位。在他看来,自己已经是一名老同志,身边一群“90后”已经成为主力队员。


按计划,我国空间站将于2022年前后完成建造,一共规划12次飞行任务,包括3次空间站舱段发射、4次货运飞船发射以及4次载人飞船发射等。


密集的发射任务让柏林厚感到压力很大,“这就需要大家发扬传统,克服困难。”


严格落实载人航天工程质量标准,把所有问题和隐患解决在地面,新一代航天人正在不断刷新中国航天高度。


天和核心舱发射成功,更多的航天人没有时间欢庆。在他们看来,核心舱的发射成功仅仅才是开始,是阶段性的胜利。


载人航天工程总设计师周建平坦言,还有很多关键技术需要解决和突破。比如,宇航员在空间站长期驻留期间的用水问题等。


“每一项都是很大的挑战。”周建平说,需要集中全国高等院校、科研院所、工业部门的优势力量攻关。在他看来,通过解决空间站面对的关键技术,还要带动国家整体行业水平的发展,这才是载人航天工程应该发挥的龙头作用。


“包括在太空育种、太空制药、核心材料制备等方面,空间站也会产生很多的经济效益,服务国计民生。”周建平说。


仰望星空,中华民族探索宇宙之旅,如同那枚乳白色火箭的名称:长征。这条路,必然伴随困难、挫折,甚至牺牲。在这条路上,唯有理想信仰可以撼乾坤,只有科学精神可以破苍穹。


无容器材料实验柜具备静电悬浮实验功能,可实现每盒29个样品的自动释放回收,大幅度缩短宇航员操作时间,提高科学实验效率和人机工效,设计指标达到世界先进水平。


核心舱轨控发动机空间位置有限,燃烧室退避至舱内,需要对其热辐射进行隔绝,上海硅酸盐研究所研制了高温隔热屏,解决了有限空间内发动机热辐射隔绝等难题,从而维持了舱内温度,保障了各单机的正常工作。同时针对空间站在低轨环境中受原子氧侵蚀严重的问题,研制了耐高温低吸辐比防原子氧布,解决了高温隔热屏长期受原子氧侵蚀导致性能退化的难题。


空间站的太阳翼在空间中展开长度达15米,包含几千件部件。为保障太阳翼在空间多次展开,该所研制了硬度高、热辐射性能优异的展开机构钛合金热控耐摩擦涂层,同时还研制了不锈钢支撑杆低吸辐比热控涂层,为展开机构的顺利运转提供了支撑。


舷窗是载人航天器密封舱体结构的关键部件,具有视窗、承压及密封等功能,直接关系到航天员的生命安全和飞行任务的完成。上海硅酸盐研究所历时10余年,承担了耐辐照舷窗玻璃的研制与生产任务,先后攻克了高光学质量制备、优异耐辐照性能、力学增强及可靠性分析等技术难题,解决了舷窗玻璃在空间环境下的长寿命问题,提供了多批次近百块耐辐照舷窗玻璃,保障了空间站舷窗长期在轨有效运行。


文章来源: 上观新闻,新华社

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